衬底刻蚀方法技术

本发明专利技术提供一种衬底刻蚀方法，包括主刻蚀步骤和过刻蚀步骤，主刻蚀步骤进一步包括步骤S1和步骤S2，当图形侧壁出现拐角时，结束步骤S1，同时开始步骤S2；过刻蚀步骤进一步包括步骤S3和步骤S4，当拐角的高度达到固定值时，结束步骤S3，同时开始步骤S4；其中，步骤S1和步骤S4所采用的用于冷却衬底的背吹气压小于步骤S2和步骤S3所采用的用于冷却衬底的背吹气压。本发明专利技术提供的衬底刻蚀方法，其可以在对衬底图形的高度影响较小的情况下，增大衬底图形的底宽，从而可以获得底宽和高度均满足要求的衬底图形。

Substrate etching method

The invention provides a substrate etching method, including the main etching step and an etching step, main etching step further comprises steps S1 and S2, when the graphics side wall appeared around the corner, the end step S1, and began to step S2; over etching step further comprises a step S3 and step S4, when the height reaches a fixed corner value, end step S3, and began to step S4; the steps S1 and S4 used for cooling the substrate back blowing pressure is less than the steps S2 and S3 used for back pressure blowing cooling substrate. The substrate etching method provided by the present invention can increase the base width of a substrate pattern when the influence of the height of the substrate pattern is small, so as to obtain a substrate pattern satisfying both the bottom width and the height.

【技术实现步骤摘要】
衬底刻蚀方法
本专利技术涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种衬底刻蚀方法。
技术介绍
图形化蓝宝石衬底(PatternedSapphireSubstrate，简称PSS)作为普遍采用的一种提高GaN基LED器件出光效率的方法，目前已广泛的应用在LED制备领域中。适宜的图形形貌和尺寸是减少外延晶体缺陷、提高内量子效率的必要条件，目前理想的衬底图形为锥形结构，高度一般为1～2μm，间隔为2～3μm，底宽为2～3μm，侧壁斜角为31.6°。ICP(InductivelyCoupledPlasma，感应耦合等离子体)技术是一种制备蓝宝石图形衬底的方法，其以能够控制等离子体密度和轰击能量，适于辉光放电时自动匹配网络等优点而广泛应用。该方法一般以BCl3或CHF3或二者的混合气体作为反应气体，并通过控制工作压强、反应气体流量、磁场强度和直流偏压等的参数，控制工艺的刻蚀速率和均匀性，以使得衬底图形的高度和底宽达到要求。现有的一种调节方式是在工艺过程中采用较低的刻蚀速率的方式来增加衬底图形的底宽。例如，在进行主刻蚀步骤的过程中降低下电极功率，这可以减少等离子体对图形侧壁的轰击，从而可以增加锥形结构的底部展宽，进而达到增加底宽的目的。但是，降低刻蚀速率不仅会导致工艺时间变长，从而降低了生产效率，而且还会因为在工艺过程中，在图形侧壁上形成的拐角高度过高，导致该拐角在工艺结束之后无法消除，如图1所示，为采用较低的刻蚀速率获得的衬底图形形貌的扫描电镜图。现有的另一种调节方式是通过在工艺过程中采用较高的背吹气压，来降低衬底温度，以减少副产物的挥发，使其附着于侧壁，从而可以增加衬底图形的底宽，但是由于降低衬底温度会增加光刻胶的刻蚀速率，导致衬底图形的高度降低，如图2所示，为在整个工艺过程中，采用较高的背吹气压获得的衬底图形形貌的扫描电镜图，由图2可知，虽然图形底宽为2.75μm，满足要求，但是图形高度仅为1.53μm，没有达到要求范围(如1.6～1.7μm)。反之，若提高衬底温度，虽然可以提高衬底图形的高度，但会导致衬底图形的底宽减小。因此，如何获得底宽和高度均满足要求的衬底图形，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种衬底刻蚀方法，其可以在对衬底图形的高度影响较小的情况下，增大衬底图形的底宽，从而可以获得底宽和高度均满足要求的衬底图形。为实现本专利技术的目的而提供一种衬底刻蚀方法，包括主刻蚀步骤和过刻蚀步骤，所述主刻蚀步骤进一步包括步骤S1和步骤S2，当图形侧壁出现拐角时，结束所述步骤S1，同时开始所述步骤S2；所述过刻蚀步骤进一步包括步骤S3和步骤S4，当所述拐角的高度达到固定值时，结束所述步骤S3，同时开始所述步骤S4；其中，所述步骤S1和所述步骤S4所采用的用于冷却衬底的背吹气压小于所述步骤S2和所述步骤S3所采用的用于冷却衬底的背吹气压。优选的，所述步骤S1和所述步骤S4均采用第一背吹气压冷却衬底；所述步骤S2和所述步骤S3均采用第二背吹气压冷却衬底；所述第一背吹气压小于所述第二背吹气压。优选的，根据在进行所述主刻蚀步骤的过程中，掩膜的刻蚀速率判断图形侧壁出现拐角的时刻。优选的，根据在进行所述过刻蚀步骤的过程中，所述拐角的高度的降低速率判断所述拐角的高度达到固定值的时刻。优选的，所述固定值的取值范围在200～400nm。优选的，所述步骤S2和所述步骤S3的工艺时间之和为10～45min。优选的，所述步骤S1对应的工艺时刻为第0分钟～第20分钟。优选的，所述步骤S4对应的工艺时刻为第30分钟～工艺结束。优选的，所述第一背吹气压的取值范围在2～5Torr。优选的，所述第二背吹气压的取值范围在4～8Torr。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的衬底刻蚀方法，其主刻蚀步骤包括步骤S1和步骤S2，且当衬底的图形侧壁出现拐角时，结束步骤S1，同时开始步骤S2；过刻蚀步骤包括步骤S3和步骤S4，且当拐角的高度达到固定值时，结束步骤S3，同时开始步骤S4。其中，步骤S1和步骤S4所采用的用于冷却衬底的背吹气压小于步骤S2和步骤S3所采用的用于冷却衬底的背吹气压。由于在整个工艺时间中，在以衬底的图形侧壁出现拐角的时刻作为开始点(此时步骤S2开始)，以拐角的高度达到固定值作为结束点(此时步骤S3完成)这一时间段图形底宽的增加速率最高，因此，通过在这个时间段采用较高的背吹气压来降低衬底温度，而其余工艺时间(步骤S1和步骤S4)均采用较低的背吹气压来提高衬底温度，可以在更短时间内达到增大图形底宽的目的，同时由于缩短了掩膜刻蚀速率较高的时间，可以增加主刻蚀步骤后掩膜的剩余厚度，从而可以保证图形高度达到要求范围，最终获得底宽和高度均满足要求的图形形貌。附图说明图1为采用较低的刻蚀速率获得的衬底图形形貌的扫描电镜图；图2为采用较高的背吹气压获得的衬底图形形貌的扫描电镜图；图3为衬底图形形貌的演变过程图；图4为衬底图形的底宽随刻蚀时间的变化曲线图；图5为衬底图形的底宽随背吹压力的变化曲线图；以及图6为采用本专利技术实施例提供的衬底刻蚀方法获得的衬底图形形貌的扫描电镜图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图来对本专利技术提供的衬底刻蚀方法进行详细描述。本专利技术提供的衬底刻蚀方法采用现有的等离子体加工设备进行刻蚀工艺，优选的，该等离子体加工设备可以为电感耦合等离子体设备，其主要包括反应腔室、电感线圈、上射频系统和下射频系统。其中，在反应腔室内设置有用于承载衬底的承载装置，例如基座、机械卡盘或者静电卡盘等等。上射频系统用于向电感线圈施加上电极功率，用以激发反应腔室内的刻蚀气体形成等离子体；下射频系统用于向基片施加下电极功率，以使等离子体在基片上刻蚀图形。而且，在进行刻蚀工艺的过程中，向衬底下表面与承载装置的承载面之间的缝隙输送背吹气体(例如氦气)，用以通过与衬底进行热交换而冷却衬底，该背吹气体朝向衬底下表面施加的压力称为背吹气压。容易理解，背吹气压越高，则衬底温度越低；反之，背吹气压越低，则衬底温度越高。因此，通过调节背吹气压，可以实现对衬底温度的控制，从而可以快速有效地调节衬底图形的高度和底宽。本专利技术提供的衬底刻蚀方法，包括以下步骤：主刻蚀步骤(MainEtch，ME)，用于修饰掩膜形貌，同时刻蚀形成图形的基础轮廓。过刻蚀步骤(OverEtch，OE)，用于修饰图形形貌(侧壁和拐角)，以使其尺寸和形状达到工艺要求。其中，在进行主刻蚀步骤时，刻蚀离子朝近似45°的方向运动，这使得衬底图形的侧壁形貌在刻蚀过程中逐渐变化。具体来说，在刻蚀的初始阶段，由于受到掩膜原始侧壁的限制，衬底图形的侧壁的垂直度较高；然而，随着刻蚀时间的增加，掩膜相对的两个侧壁会朝向彼此横向收缩，导致掩膜的宽度逐渐变窄，这使得衬底图形的侧壁因掩膜的横向收缩而出现拐角。在主刻蚀步骤中，反应腔室的腔室压力的范围在2～5mT；上电极功率的范围在1000～2500W；下电极功率的范围在100～700W；刻蚀气体的流量范围在60～200sccm；工艺时间的范围在15～40min。过刻蚀步骤采用较低的腔室压力和较高的偏压功率，用以提高物理轰击能量，以使衬底侧壁的拐角逐渐减小直至消失，从而使衬底图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衬底刻蚀方法，包括主刻蚀步骤和过刻蚀步骤，其特征在于，所述主刻蚀步骤进一步包括步骤S1和步骤S2，当图形侧壁出现拐角时，结束所述步骤S1，同时开始所述步骤S2；所述过刻蚀步骤进一步包括步骤S3和步骤S4，当所述拐角的高度达到固定值时，结束所述步骤S3，同时开始所述步骤S4；其中，所述步骤S1和所述步骤S4所采用的用于冷却衬底的背吹气压小于所述步骤S2和所述步骤S3所采用的用于冷却衬底的背吹气压。

【技术特征摘要】
1.一种衬底刻蚀方法，包括主刻蚀步骤和过刻蚀步骤，其特征在于，所述主刻蚀步骤进一步包括步骤S1和步骤S2，当图形侧壁出现拐角时，结束所述步骤S1，同时开始所述步骤S2；所述过刻蚀步骤进一步包括步骤S3和步骤S4，当所述拐角的高度达到固定值时，结束所述步骤S3，同时开始所述步骤S4；其中，所述步骤S1和所述步骤S4所采用的用于冷却衬底的背吹气压小于所述步骤S2和所述步骤S3所采用的用于冷却衬底的背吹气压。2.根据权利要求1所述的衬底刻蚀方法，其特征在于，所述步骤S1和所述步骤S4均采用第一背吹气压冷却衬底；所述步骤S2和所述步骤S3均采用第二背吹气压冷却衬底；所述第一背吹气压小于所述第二背吹气压。3.根据权利要求1所述的衬底刻蚀方法，其特征在于，根据在进行所述主刻蚀步骤的过程中，掩膜的刻蚀速率判断图形侧壁出现拐角的时刻。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：朱印伍，吴鑫，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11